工程机械子午线轮胎用钢丝帘线的性能检测

1、工程机械子午线轮胎用钢丝帘线的性能检测赵年鹏，马卫明，刘世军（江苏兴达钢帘线股份有限公司，江苏 兴化 225721）摘 要： 阐述工程机械子午线轮胎用钢丝帘线的性能检测，重点介绍破断力和粘合力检测方法。关键词： 钢丝帘线、破断力、粘合力目前国内一批轮胎企业已具备了一定的工程机械子午线轮胎生产规模，部分企业巨型工程机械子午线轮胎的开发也取得了长足的进步。作为工程机械子午线轮胎骨架材料的钢丝帘线，由于其直径大、破断力高，常规的测试设备无法完成对其性能的准确测试，目前国内还没有形成完整、系统的检测方法，特别是破断力和粘合力两项指标。为此，我公司对钢丝帘线破断力和粘合力检测设备进行了技术性改进，并探索

2、出准确可行的检测方法。1、 破断力检测工程机械子午线轮胎由于承载能力大，行驶路面状况极差，因此对钢丝帘线强度要求较高，一般都要求在2800MPa以上，目前常用的7×7×1、3+9+9×3×1、3+9×1+8×7×1结构钢丝帘线的破断力一般在4000N8000N左右，对于一些巨型工程机械子午线轮胎使用的7×（3+9+15）×1结构钢丝帘线，破断力更是高达20000N左右。常规的钢丝帘线性能检测设备及方法已经无法满足检测要求，主要存在两个问题：拉力机量程达不到要求；夹具弧度较小，所测结果不能真实反映较大直径钢

3、丝帘线的破断力。为此，我公司参照GB/T83582006钢丝绳破断拉伸试验方法中的浇铸法、套压法、缠绕法和直接夹持法，选定浇铸法和缠绕法（钢丝帘线常规检测方法）进行试验对比检测，最终确定浇铸法检测该系列结构钢丝帘线。1.1 检测原理在常温下，对试样施加拉力，一般拉至出现断丝、断股、断绳，测定钢丝帘线破断力及其伸长率；1.2 试样制备 未经使用的钢丝帘线，试样应从合格处截取； 截取的试样两端应用软钢丝或其它材料牢固捆扎； 试样有效长度（夹头间距离）400mm；1.3 浇铸试样 在距试样两端一个夹持长度处用软钢丝等材料牢固捆扎，去掉端头捆扎钢丝，制成扫帚头状，在任何情况下不得对裸露的钢丝进行校直，

4、但允许弯曲成钩型，如图1所示； 清除扫帚头状的钢帘线试样表面污垢，沾浸稀盐酸，但不得损伤钢丝； 沾浸后的钢丝帘线用锡浇铸成三角体，但不得改变钢丝性能，浇铸后的钢丝帘线拉伸试样，如图2所示；图1 钢丝试样捆扎示意 图2 浇铸后的钢丝帘线拉伸试样1.4 拉伸试验机的选择拉伸试验机按钢丝帘线破断力在全部量程的15%85%范围内进行选定，我司根据钢丝帘线的破断力范围，分别选用型号为ZWICK Z050、负荷量程为050KN、检测精度0.5级和型号为ZWICK Z010、负荷量程为010KN、检测精度0.5级的电子拉伸试验机进行工程机械子午线轮胎用钢丝帘线的破断力测试。1.5 试验拉伸 将浇铸好的试样置

5、于特制的钳口座中（如图3所示）。调整试样，使之与钳口座轴线重合，调整试验机零点后，然后进行拉伸； 试样在距夹头30mm以外破断，则该试验有效，若试样在距夹头30mm内破断，实测破断拉力符合有关标准规定时，则该试验有效，否则无效； 试样断股(单股绳断丝)时的拉力记为实测破断拉力。图3 拉伸测量装置示意 1.6 检测数据为了验证破断力检测数据的准确性，分别采用浇铸检测法与常规弧形夹具检测法对不同直径的7×7×0.220.15HT、7×（3+9）×0.245+0.20HT和7×（3+9+15）×0.22+0.22HT钢丝帘线进行破断力测试，

6、结果见表1、2、3。表1：7×7×0.22+0.15HT（直径2.24mm）钢丝帘线破断力测试结果样号 1 2 3 4 5 最大值 最小值 极差 平均值常规方法检测结果（N）5647 5679 5653 5621 5665 5679 5621 58 5653浇铸法检测结果（N）5570 5619 5582 5589 5620 5620 5570 50 5596标准偏差22 23表2：7×（3+9）×0.245+0.20HT（直径3.30mm）钢丝帘线破断力测试结果样号 1 2 3 4 5 最大值 最小值 极差 平均值 标准偏差常规方法检测结果（N）947

7、5 9532 9587 9536 9502 9587 9475 112 9526 42浇铸法检测结果（N）9422 9476 9521 9468 9459 9521 9422 99 9469 36表3：7×（3+9+15）×0.22+0.22HT（直径4.42mm）钢丝帘线破断力测试结果样号 1 2 3 4 5 最大值 最小值 极差 平均值 标准偏差常规方法检测结果（N）17875 19652 18026 17321 16958 19652 16958 2694 17966 1035浇铸法检测结果（N）19759 19621 20256 19835 19929 20256

8、19621 635 19880 238注：表3常规检测方法采用圆盘形机械夹具检测。从数据分析，常规检测方法与浇铸法在检测小直径钢丝帘线时，均能达到检测数据的准确性。在检测大直径钢丝帘线时，常规方法检测结果偏低、标准偏差大，分析认为常规方法检测大直径钢丝帘线时，钢丝帘线与检测夹具弧面接触产生的角度偏小，施加拉力后钢丝帘线受力不均，贴近夹具弧面的钢丝帘线的钢丝首先断裂，造成检测结果偏低，不能真实反映钢丝帘线的破断力。浇铸法检测中钢丝帘线的钢丝受力均衡，检测数据真实、准确。2、工程子午线轮胎用钢帘线的粘合力检测工程机械子午线轮胎对钢丝帘线与橡胶的粘合力要求非常高，因此工程机械子午线轮胎用钢丝帘线的粘

9、合力检测尤为重要。工程机械子午线轮胎用钢丝帘线由于直径大，传统的硫化模具以及抽出夹具无法满足精确检测要求，为此我们设计了更适合工程机械子午线轮胎用钢丝帘线粘合力的硫化模具和抽出夹具。2.1 硫化模具在硫化模具（如图4所示）的设计中，以ASTM标准为基础，将钢丝帘线间的间距由常规的12.5mm调整到了20.0mm，避免在H抽出过程中相邻的两根钢丝帘线检测数据产生影响；为了便于钢丝帘线的置入，根据钢丝帘线粗度直径将排放钢丝帘线的槽宽进行适量放大，具体规定如下 钢帘线直径D（mm）3.5D4.04.0D5.05.0D6.0 槽宽 （mm） 4 5 6D=帘线标准直径的上限+2×（外绕丝标准

10、直径的上限）图4 硫化模具示意2.2 抽出夹具钢丝帘线抽出过程中胶块受力状况（如图5所示），胶块上半部分由于受拉力充分伸长，如果抽出孔直径偏小时，胶块下部在钢丝位移量相同的情况下受力不充分，上部橡胶因达到伸长极限开始破裂，抽出力检测结果偏低，所以根据钢丝帘线直径将抽出夹具调整（如图6所示）。图5 抽出受力示意图6 抽出夹具示意2.3检测数据使用上述调整后的硫化模具和抽出夹具，与某工程机械子午线轮胎生产成熟企业对7×（3+9+15）×0.22+0.22HT钢丝帘线进行同一胶料配方、相同硫化条件的对比检测，结果如下： 项 目结 果12兴达检测结果 粘合力（N） 2879 2757 附胶率（%） 80 80 某轮胎企业检测结果 粘合力（N） 2908 2769 附胶率（%） 80 85345平均值 2671 2810 2684 2760 80 85 80 80 2705 2493 2841 2743 80 85 80 803 、结 语与常规弧形（或圆盘形）夹具检测钢丝帘线破断力的方法相比，浇铸法检测较大直径工程机械子午线轮胎